[發(fā)明專利]基于三維空間域多天線MIMO統(tǒng)計(jì)信道的建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410026218.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN103747456B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周杰;江浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/22
• 分類號(hào): H04W16/22;H04B7/0413;H04B17/391
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司32206
• 代理人: 顧進(jìn),葉涓涓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于三維空間域的多天線MIMO信道的建模方法。

背景技術(shù)

移動(dòng)通信是通信產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快的一部分，而移動(dòng)通信的本質(zhì)是利用無(wú)線信道進(jìn)行信息的有效傳輸。移動(dòng)通信系統(tǒng)性能主要受到無(wú)線信道特性的制約。多輸入多輸出(MIMO：Multiple Input Multiple Output)技術(shù)以其能夠極大的增加系統(tǒng)容量與改善無(wú)線鏈路質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)而受到了越來(lái)越多的重視與關(guān)注，也因此被許多人預(yù)測(cè)為移動(dòng)通信領(lǐng)域第四代即4G核心技術(shù)之一。MIMO技術(shù)是一項(xiàng)十分嶄新的技術(shù)，MIMO技術(shù)有許多突出的性能，比如更高的頻譜利用率，更低的傳輸誤碼率等等。隨著MIMO技術(shù)的發(fā)展，對(duì)應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)天線的研究變得十分迫切，同時(shí)也具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。

基站(BS：base station)和移動(dòng)臺(tái)(MS：mobile station)之間的傳播路徑一般分布有復(fù)雜的地形，其信道往往是非固定和不可預(yù)見(jiàn)的。多徑效應(yīng)是移動(dòng)通信信道中的小尺度衰落，是無(wú)線信道研究的主要內(nèi)容之一，因此建立一個(gè)準(zhǔn)確而有效的信道模型是構(gòu)建移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要步驟。Ertel和Petrus提出了散射體空間分布圓模型(GBSBM：geometrically based single bounce model)和橢圓模型(EBSBM：Ellipse based single bounce model)。仿真結(jié)果表明GBSBM模型能估計(jì)宏小區(qū)(Macrocell)移動(dòng)通信環(huán)境下重要的參數(shù)，EBSBM模型能估計(jì)微小區(qū)(Microcell)移動(dòng)通信環(huán)境下重要的信道參數(shù)。由于GBSBM和EBSBM模型的估計(jì)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，Jiang給出基于散射體瑞利和指數(shù)(Exponential)分布下的圓模型，Janaswamy和Zhou分別提出了散射體高斯(Gaussian)分布的圓模型及空心圓環(huán)模型(HSDM：hollow-disc scatter density model)。以上關(guān)于信道模型的研究都是基于2D平面上，推導(dǎo)和計(jì)算出的也只是停留在水平面內(nèi)的空時(shí)信道參數(shù)，并不能很好的反映客觀現(xiàn)實(shí)，對(duì)于空間角度的復(fù)雜性也不能有一個(gè)準(zhǔn)確的描述。

基于前人在2D信道模型研究的基礎(chǔ)上，Janaswamy等提出了3D空間統(tǒng)計(jì)信道模型，將基站BS以及移動(dòng)臺(tái)MS端的角度細(xì)化為在水平面以及豎直平面上的夾角，特別是Nawaz所提出了室外定向天線分布下的3D模型，推導(dǎo)出了水平面以及垂直面上的AOA和TOA概率密度函數(shù)。但以上的研究大都是關(guān)于室外宏小區(qū)3D模型的研究，而對(duì)于室內(nèi)微小區(qū)環(huán)境下的探索，仍存在一定的空白。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中尚缺乏室內(nèi)微小區(qū)3D信道模型這一缺陷，本發(fā)明公開了一種針對(duì)室內(nèi)的3D空間統(tǒng)計(jì)信道建模方法，為MIMO多天線空時(shí)處理算法和仿真無(wú)線通信系統(tǒng)提供精確和靈活多變的信道模型，拓展了空間統(tǒng)計(jì)信道模型的研究。

在3D室內(nèi)微小區(qū)移動(dòng)通信環(huán)境中，由于復(fù)雜的環(huán)境會(huì)影響空間信道參數(shù)的變化，而且信號(hào)傳播會(huì)受到墻壁、地面、建筑物以及其它物體的阻擋，加重了多徑衰落效應(yīng)，從而使系統(tǒng)受到了極大的不確定性，影響我們對(duì)于無(wú)線信道的研究和分析。因此，本發(fā)明在基站BS設(shè)計(jì)有指向性天線時(shí)，針對(duì)于3D空間角度的復(fù)雜性，將BS以及MS端的角度細(xì)化為在水平面以及豎直平面上的夾角，全面而又準(zhǔn)確靈活的描述3D室內(nèi)微小區(qū)環(huán)境下的重要空時(shí)信道參數(shù)，具體表現(xiàn)為如下技術(shù)方案：

步驟一，以基站BS為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，其中基于BS端的定向天線的主瓣角度為2α，BS在水平面上的夾角為φ_b，豎直平面上的夾角為β_b；MS在水平面以及豎直平面上的夾角分別為φ_m和β_m，散射區(qū)域內(nèi)的散射體到BS以及MS的距離分別為r_b和r_m，BS和MS之間的距離為D，3D信道模型的長(zhǎng)軸和短軸長(zhǎng)度分別為a和b，D<a、b≤a，所有散射體均勻分布在散射區(qū)域內(nèi)，散射區(qū)域的體積為V=2a²bα／3；

步驟二，將散射區(qū)域劃分為P₁和P₂兩部分，其中，P₂是指電磁信號(hào)經(jīng)灰色垂直散射邊界上的散射體反射到MS上的傳播路徑區(qū)域，而P₁則是散射區(qū)域I_Region剩下的部分；

散射區(qū)域P₁和P₂表示為